離子交換色譜論文概述

1. 離子交換色譜法的應用

離子交換色譜主要是用來分離離子或可離解的化合物。它不僅廣泛地應用於無機離子的分離，而且廣泛地應用於有機和生物物質，如氨基酸、核酸、蛋白質等的分離。

2. 離子交換色譜法的介紹

離子交換色譜法是利用離子交換原理和液相色譜技術的結合來測定溶液中陽離子和陰專離子的一屬種分離分析方法。凡在溶液中能夠電離的物質通常都可以用離子交換色譜法進行分離。現在它不僅適用於無機離子混合物的分離，亦可用於有機物的分離，例如氨基酸、核酸、蛋白質等生物大分子，因此應用范圍較廣。

3. 離子色譜的基本原理

基本原理：

離子色譜的分離機理主要是離子交換，有3種分離方式，它們是高效離子交換色譜（HPIC）、離子排斥色譜 （HPIEC）和離子對色譜 （MPIC）。用於3種分離方式的柱填料的樹脂骨架基本都是苯乙烯-二乙烯基苯的共聚物，但樹脂的離子交換功能基和容量各不相同。HPIC用低容量的離子交換樹脂，HPIEC用高容量的樹脂，MPIC用不含離子交換基團的多孔樹脂。3種分離方式各基於不同分離機理。HPIC的分離機理主要是離子交換，HPIEC主要為離子排斥，而MPIC則是主要基於吸附和離子對的形成。

• 離子交換色譜

高效離子交換色譜，應用離子交換的原理，採用低交換容量的離子交換樹脂來分離離子，這在離子色譜中應用最廣泛，其主要填料類型為有機離子交換樹脂，以苯乙烯二乙烯苯共聚體為骨架，在苯環上引入磺酸基，形成強酸型陽離子交換樹脂，引入叔胺基而成季胺型強鹼性陰離子交換樹脂，此交換樹脂具有大孔或薄殼型或多孔表面層型的物理結構，以便於快速達到交換平衡，離子交換樹脂耐酸鹼可在任何pH范圍內使用，易再生處理、使用壽命長，缺點是機械強度差、易溶易脹、受有機物污染。

硅質鍵合離子交換劑以硅膠為載體，將有離子交換基的有機硅烷與基表面的硅醇基反應，形成化學鍵合型離子交換劑，其特點是柱效高、交換平衡快、機械強度高，缺點是不耐酸鹼、只宜在pH2-8范圍內使用。

• 離子排斥色譜

它主要根據Donnon膜排斥效應，電離組分受排斥不被保留，而弱酸則有一定保留的原理，製成離子排斥色譜主要用於分離有機酸以及無機含氧酸根，如硼酸根碳酸根和硫酸根有機酸等。它主要採用高交換容量的磺化H型陽離子交換樹脂為填料以稀鹽酸為淋洗液。

• 離子對色譜

離子對色譜的固定相為疏水型的中性填料，可用苯乙烯二乙烯苯樹脂或十八烷基硅膠(ODS)，也有用C8硅膠或CN，固定相流動相由含有所謂對離子試劑和含適量有機溶劑的水溶液組成，對離子是指其電荷與待測離子相反，並能與之生成疏水性離子，對化合物的表面活性劑離子，用於陰離子分離的對離子是烷基胺類如氫氧化四丁基銨氫氧化十六烷基三甲烷等，用於陽離子分離的對離子是烷基磺酸類，如己烷磺酸鈉，庚烷磺酸鈉等對離子的非極性端親脂極性端親水，其CH2鍵越長則離子對化合物在固定相的保留越強，在極性流動相中，往往加入一些有機溶劑，以加快淋洗速度，此法主要用於疏水性陰離子以及金屬絡合物的分離，至於其分離機理則有3種不同的假說，反相離子對分配離子交換以及離子相互作用。

4. 離子交換色譜的介紹

離子交換色譜是指離子交換色譜中的固定相中的一些帶電荷的基團， 這些帶電版基團通過靜電相互權作用與帶相反電荷的離子結合。如果流動相中存在其他帶相反電荷的離子，按照質量作用定律，這些離子將與結合在固定相上的反離子進行交換。

5. 簡述離子交換色譜法韻分離機制

GC主要是利用物質的沸點、極性及吸附性質的差異來實現混合物的分離版，待分析樣品在汽化室汽化後權被惰性氣體（即載氣，也叫流動相）帶入色譜柱，柱內含有液體或固體固定相，由於樣品中各組分的沸點、極性或吸附性能不同，每種組分都傾向於在流動相。

6. 氣相色譜方面的論文

色譜法
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色譜法又稱色譜分析、色譜分析法、層析法，是一種分離和分析方法，在分析化學、有機化學、生物化學等領域有著非常廣泛的應用。色譜法利用不同物質在不同相態的選擇性分配，以流動相對固定相中的混合物進行洗脫，混合物中不同的物質會以不同的速度沿固定相移動，最終達到分離的效果。色譜法起源於20世紀初，1950年代之後飛速發展，並發展出一個獨立的三級學科——色譜學。歷史上曾經先後有兩位化學家因為在色譜領域的突出貢獻而獲得諾貝爾化學獎，此外色譜分析方法還在12項獲得諾貝爾化學獎的研究工作中起到關鍵作用。
目錄
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* 1 歷史
o 1.1 色譜的起源
o 1.2 分配色譜的出現和色譜方法的普及
o 1.3 氣相色譜和色譜理論的出現
o 1.4 高效液相色譜
* 2 原理
o 2.1 吸附色譜
o 2.2 分配色譜
o 2.3 離子交換色譜
o 2.4 凝膠色譜
* 3 色譜理論
o 3.1 關於保留時間的理論
o 3.2 基於熱力學的塔板理論
o 3.3 基於動力學的Van Deemter方程
* 4 基本技術和方法
* 5 應用
* 6 發展方向
o 6.1 新固定相的研究
o 6.2 檢測方法的研究
o 6.3 專家系統
o 6.4 色譜新方法
* 7 參見

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歷史
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色譜的起源

色譜法起源於20世紀初，1906年俄國植物學家米哈伊爾·茨維特用碳酸鈣填充豎立的玻璃管，以石油醚洗脫植物色素的提取液，經過一段時間洗脫之後，植物色素在碳酸鈣柱中實現分離，由一條色帶分散為數條平行的色帶。由於這一實驗將混合的植物色素分離為不同的色帶，因此茨維特將這種方法命名為Хроматография，這個單詞最終被英語等拼音語言接受，成為色譜法的名稱。漢語中的色譜也是對這個單詞的意譯。

茨維特並非著名科學家，他對色譜的研究以俄語發表在俄國的學術雜志之後不久，第一次世界大戰爆發，歐洲正常的學術交流被迫終止。這些因素使得色譜法問世後十餘年間不為學術界所知，直到1931年德國柏林威廉皇帝研究所的庫恩將茨維特的方法應用於葉紅素和葉黃素的研究，庫恩的研究獲得了廣泛的承認，也讓科學界接受了色譜法，此後的一段時間內，以氧化鋁為固定相的色譜法在有色物質的分離中取得了廣泛的應用，這就是今天的吸附色譜。
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分配色譜的出現和色譜方法的普及
薄層色譜分離列印機黑色油墨的組成
放大
薄層色譜分離列印機黑色油墨的組成

1938年阿切爾·約翰·波特·馬丁和理查德·勞倫斯·米林頓·辛格准備利用氨基酸在水和有機溶劑中的溶解度差異分離不同種類的氨基酸，馬丁早期曾經設計了逆流萃取系統以分離維生素，馬丁和辛格准備用兩種逆向流動的溶劑分離氨基酸，但是沒有獲得成功。後來他們將水吸附在固相的硅膠上，以氯仿沖洗，成功地分離了氨基酸，這就是現在常用的分配色譜。在獲得成功之後，馬丁和辛格的方法被廣泛應用於各種有機物的分離。1943年馬丁以及辛格又發明了在蒸汽飽和環境下進行的紙色譜法。
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氣相色譜和色譜理論的出現

1952年馬丁和詹姆斯提出用氣體作為流動相進行色譜分離的想法，他們用硅藻土吸附的硅酮油作為固定相，用氮氣作為流動相分離了若干種小分子量揮發性有機酸。

氣相色譜的出現使色譜技術從最初的定性分離手段進一步演化為具有分離功能的定量測定手段，並且極大的刺激了色譜技術和理論的發展。相比於早期的液相色譜，以氣體為流動相的色譜對設備的要求更高，這促進了色譜技術的機械化、標准化和自動化；氣相色譜需要特殊和更靈敏的檢測裝置，這促進了檢測器的開發；而氣相色譜的標准化又使得色譜學理論得以形成色譜學理論中有著重要地位的塔板理論和Van Deemter方程，以及保留時間、保留指數、峰寬等概念都是在研究氣相色譜行為的過程中形成的。
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高效液相色譜

1960年代，為了分離蛋白質、核酸等不易汽化的大分子物質，氣相色譜的理論和方法被重新引入經典液相色譜。1960年代末科克蘭、哈伯、荷瓦斯、莆黑斯、里普斯克等人開發了世界上第一台高效液相色譜儀，開啟了高效液相色譜的時代。高效液相色譜使用粒徑更細的固定相填充色譜柱，提高色譜柱的塔板數，以高壓驅動流動相，使得經典液相色譜需要數日乃至數月完成的分離工作得以在幾個小時甚至幾十分鍾內完成。

1971年科克蘭等人出版了《液相色譜的現代實踐》一書，標志著高效液相色譜法 (HPLC)正式建立。在此後的時間里，高效液相色譜成為最為常用的分離和檢測手段，在有機化學、生物化學、醫學、葯物開發與檢測、化工、食品科學、環境監測、商檢和法檢等方面都有廣泛的應用。高效液相色譜同時還極大的刺激了固定相材料、檢測技術、數據處理技術以及色譜理論的發展。
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原理

色譜過程的本質是待分離物質分子在固定相和流動相之間分配平衡的過程，不同的物質在兩相之間的分配會不同，這使其隨流動相運動速度各不相同，隨著流動相的運動，混合物中的不同組分在固定相上相互分離。根據物質的分離機制，又可以分為吸附色譜、分配色譜、離子交換色譜、凝膠色譜、親和色譜等類別。
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吸附色譜

吸附色譜利用固定相吸附中西對物質分子吸附能力的差異實現對混合物的分離，吸附色譜的色譜過程是流動相分子與物質分子競爭固定相吸附中心的過程

吸附色譜的分配系數表達式如下：

K_a =\frac{[X_a]}{[X_m]}

其中[Xa]表示被吸附於固定相活性中心的組分分子含量，[Xm]表示游離於流動相中的組分分子含量。分配系數對於計算待分離物質組分的保留時間有很重要的意義。
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分配色譜

分配色譜利用固定相與流動相之間對待分離組分溶解度的差異來實現分離。分配色譜的固定相一般為液相的溶劑，依靠圖布、鍵合、吸附等手段分布於色譜柱或者擔體表面。分配色譜過程本質上是組分分子在固定想和流動相之間不斷達到溶解平衡的過程。

分配色譜的狹義分配系數表達式如下：

K=\frac{C_s}{C_m}=\frac{X_s/V_s}{X_m/V_m}

式中Cs代表組分分子在固定相液體中的溶解度，Cm代表組分分子在流動相中的溶解度。
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離子交換色譜

離子交換色譜利用被分離組分與固定相之間發生離子交換的能力詫異來實現分離。離子交換色譜的固定相一般為離子交換樹脂，樹脂分子結構中存在許多可以電離的活性中心，待分離組分中的離子會與這些活性中心發生離子交換，形成離子交換平衡，從而在流動相與固定相之間形成分配。固定相的固有離子與待分離組分中的離子之間相互爭奪固定相中的離子交換中心，並隨著流動相的運動而運動，最終實現分離。

離子交換色譜的分配系數又叫做選擇系數，其表達式為：

K_s=\frac{[RX^+]}{[X^+]}

其中[RX + ]表示與離子交換樹脂活性中心結合的離子濃度，[X + ]表示游離於流動相中的離子濃度。
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凝膠色譜

凝膠色譜的原理比較特殊，類似於分子篩。待分離組分在進入凝膠色譜後，會依據分子量的不同，進入或者不進入固定相凝膠的孔隙中，不能進入凝膠孔隙的分子會很快隨流動相洗脫，而能夠進入凝膠孔隙的分子則需要更長時間的沖洗才能夠流出固定相，從而實現了根據分子量差異對各組分的分離。調整固定相使用的凝膠的交聯度可以調整凝膠孔隙的大小；改變流動相的溶劑組成會改變固定相凝膠的溶漲狀態，進而改變孔隙的大小，獲得不同的分離效果。
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色譜理論
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關於保留時間的理論

保留時間是樣品從進入色譜柱到流出色譜柱所需要的時間，不同的物質在不同的色譜柱上以不同的流動相洗脫會有不同的保留時間，因此保留時間是色譜分析法比較重要的參數之一。

保留時間由物質在色譜中的分配系數決定：

tR = t0(1 + KVs / Vm)

式中tR表示某物質的保留時間，t0是色譜系統的死時間，即流動相進入色譜柱到流出色譜柱的時間，這個時間由色譜柱的孔隙、流動相的流速等因素決定。K為分配系數，VsVm表示固定相和流動相的體積。這個公式又叫做色譜過程方程，是色譜學最基本的公式之一。

在薄層色譜中沒有樣品進入和流出固定相的過程，因此人們用比移值標示物質的色譜行為。比移值是一個與保留時間相對應的概念，它是樣品點在色譜過程中移動的距離與流動相前沿移動距離的比值。與保留時間一樣，比移值也由物質在色譜中的分配系數決定：

R_f=\frac{V_m}{V_m+KV_s}

其中Rf是比移值，K表示色譜分配系數，VsVm表示固定相和流動相的體積。
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基於熱力學的塔板理論

塔板理論是色譜學的基礎理論，塔板理論將色譜柱看作一個分餾塔，待分離組分在分餾塔的塔板間移動，在每一個塔板內組分分子在固定相和流動相之間形成平衡，隨著流動相的流動，組分分子不斷從一個塔板移動到下一個塔板，並不斷形成新的平衡。一個色譜柱的塔板數越多，則其分離效果就越好。

根據塔板理論，待分離組分流出色譜柱時的濃度沿時間呈現二項式分布，當色譜柱的塔板數很高的時候，二項式分布趨於正態分布。則流出曲線上組分濃度與時間的關系可以表示為：

C_t=\frac{C_0}{\sigma\sqrt{2\pi}} e^{-\frac{(t-t_R)^2}{2\sigma^2}}

這一方程稱作流出曲線方程，式中Ct為t時刻的組分濃度；C0為組分總濃度，即峰面積；σ為半峰寬，即正態分布的標准差；tR為組分的保留時間。

根據流出曲線方程人們定義色譜柱的理論塔板高度為單位柱長度的色譜峰方差：

H=\frac{\sigma^2}{L}

理論塔板高度越低，在單位長度色譜柱中就有越高的塔板數，則分離效果就越好。決定理論塔板高度的因素有：固定相的材質、色譜柱的均勻程度、流動相的理化性質以及流動相的流速等。

塔板理論是基於熱力學近似的理論，在真實的色譜柱中並不存在一片片相互隔離的塔板，也不能完全滿足塔板理論的前提假設。如塔板理論認為物質組分能夠迅速在流動相和固定相之間建立平衡，還認為物質組分在沿色譜柱前進時沒有徑向擴散，這些都是不符合色譜柱實際情況的，因此塔板理論雖然能很好地解釋色譜峰的峰型、峰高，客觀地評價色譜柱地柱效，卻不能很好地解釋與動力學過程相關的一些現象，如色譜峰峰型的變形、理論塔板數與流動相流速的關系等。
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基於動力學的Van Deemter方程

Van Deemter方程是對塔板理論的修正，用於解釋色譜峰擴張和柱效降低的原因。塔板理論從熱力學出發，引入了一些並不符合實際情況的假設，Van Deemter方程則建立了一套經驗方程來修正塔板理論的誤差。

Van Deemter方程將峰形的改變歸結為理論塔板高度的變化，理論塔板高度的變化則源於若干原因，包括渦流擴散、縱向擴散和傳質阻抗等。

由於色譜柱內固定相填充的不均勻性，同一個組分會沿著不同的路徑通過色譜柱，從而造成峰的擴張和柱效的降低。這稱作渦流擴散

縱向擴散是由濃度梯度引起的，組分集中在色譜柱的某個區域會在濃度梯度的驅動下沿著徑向發生擴散，使得峰形變寬柱效下降。

傳質阻抗本質上是由達到分配平衡的速率帶來的影響。實際體系中，組分分子在固定相和流動相之間達到平衡需要進行分子的吸附、脫附、溶解、擴散等過程，這種過程稱為傳質過程，阻礙這種過程的因素叫做傳質阻抗。在理想狀態中，色譜柱的傳質阻抗為零，則組分分子流動相和固定相之間會迅速達到平衡。在實際體系中傳質阻抗不為零，這導致色譜峰擴散，柱效下降。

在氣相色譜中Van Deemter方程形式為：

H=A+\frac{B}{\mu}+C\mu

其中H為塔板數，A為渦流擴散系數，B為縱向擴散系數，C為傳質阻抗系數，μ為流動相流速。

在高效液相色譜中，由於流動相粘度遠遠高於氣相色譜，縱向擴散對峰型的影響很小，可以忽略不計算，因而Van Deemter方程的形式為：

H = A + Cμ
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基本技術和方法

色譜法常見的方法有：柱色譜法、薄層色譜法、氣相色譜法、高效液相色譜法等

柱色譜法是最原始的色譜方法，這種方法將固定相注入下端塞有棉花或濾紙的玻璃管中，將被樣品飽和的固定相粉末攤鋪在玻璃管頂端，以流動相洗脫。常見的洗脫方式有兩種，一種是自上而下依靠溶劑本身的重力洗脫，一種是自下而上依靠毛細作用洗脫。收集分離後的純凈組分也有兩種不同的方法，一種方法是在柱尾直接接受流出的溶液，另一種方法是烘乾固定相後用機械方法分開各個色帶，以合適的溶劑浸泡固定相提取組分分子。柱色譜法被廣泛應用於混合物的分離，包括對有機合成產物、天然提取物以及生物大分子的分離。

薄層色譜法是應用非常廣泛的色譜方法，這種色譜方法將固定相圖布在金屬或玻璃薄板上形成薄層，用毛細管、鋼筆或者其他工具將樣品點染於薄板一端，之後將點樣端浸入流動相中，依靠毛細作用令流動相溶劑沿薄板上行展開樣品。薄層色譜法成本低廉操作簡單，被用於對樣品的粗測、對有機合成反應進程的檢測等用途。

氣相色譜是機械化程度很高的色譜方法，氣相色譜系統由氣源、色譜柱和柱箱、檢測器和記錄器等部分組成。氣源負責提供色譜分析所需要的載氣，即流動相，載氣需要經過純化和恆壓的處理。氣相色譜的色譜柱一般直徑很細長度很長，根據結構可以分為填充柱和毛細管柱兩種，填充柱比較短粗，直徑在5毫米左右，長度在2－4米之間，外殼材質一般為不銹鋼，內部填充固定相填料；毛細管柱由玻璃或石英製成，內徑不超過0.5毫米，長度在數十米到一百米之間，柱內或者填充填料或者圖布液相的固定相。柱箱是保護色譜柱和控制柱溫度的裝置，在氣相色譜中，柱溫常常會對分離效果產生很大影響，程序性溫度控制常常是達到分離效果所必須的，因此柱箱扮演了非常重要的角色。檢測器是氣相色譜帶給色譜分析法的新裝置，在經典的柱色譜和薄層色譜中，對樣品的分離和檢測是分別進行的，而氣相色譜則實現了分離與檢測的結合，隨著技術的進步，氣相色譜的檢測器已經有超過30種不同的類型。記錄器是記錄色譜信號的裝置，早期的氣相色譜使用記錄紙和記錄器進行記錄，現在記錄工作都已經依靠計算機完成，並能對數據進行實時的化學計量學處理。氣相色譜被廣泛應用於小分子量復雜組分物質的定量分析。

高效液相色譜 (HPLC)是目前應用最多的色譜分析方法，高效液相色譜系統由流動相儲液體瓶、輸液泵、進樣器、色譜柱、檢測器和記錄器組成，其整體組成類似於氣相色譜，但是針對其流動相為液體的特點作出很多調整。HPLC的輸液泵要求輸液量恆定平穩；進樣系統要求進樣便利切換嚴密；由於液體流動相粘度遠遠高於氣體，為了減低柱壓高效液相色譜的色譜柱一般比較粗，長度也遠小於氣相色譜柱。HPLC應用非常廣泛，幾乎遍及定量定性分析的各個領域。
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應用

色譜法的應用可以根據目的分為制備性色譜和分析性色譜兩大類。

制備性色譜的目的是分離混合物，獲得一定數量的純凈組分，這包括對有機合成產物的純化、天然產物的分離純化以及去離子水的制備等。相對於色譜法出現之前的純化分離技術如重結晶，色譜法能夠在一步操作之內完成對混合物的分離，但是色譜法分離純化的產量有限，只適合於實驗室應用。

分析性色譜的目的是定量或者定性測定混合物中各組分的性質和含量。定性的分析性色譜有薄層色譜、紙色譜等，定量的分析性色譜有氣相色譜、高效液相色譜等。色譜法應用於分析領域使得分離和測定的過程合二為一，降低了混合物分析的難度縮短了分析的周期，是目前比較主流的分析方法。在中華人民共和國葯典中，共有超過600種化學合成葯和超過400種中葯的質量控制應用了高效液相色譜的方法。
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發展方向

色譜法是分析化學中應用最廣泛發展最迅速的研究領域，新技術新方法層出不窮。
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新固定相的研究

固定相和流動相是色譜法的主角，新固定相的研究不斷擴展著色譜法的應用領域，如手性固定相使色譜法能夠分離和測定手性化合物；反相固定相沒有死吸附，可以簡單地分離和測定血漿等生物葯品。
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檢測方法的研究

檢測方法也是色譜學研究的熱點之一，人們不斷更新檢測器的靈敏度，使色譜分析能夠更靈敏地進行分析。人們還將其他光譜的技術引入色譜，如進行色譜－質譜連用、色譜－紅外光譜連用、色譜－紫外連用等，在分離化合物的同時即行測定化合物的結構。色譜檢測器的發展還伴隨著數據處理技術的發展，檢測獲得的數據隨即進行計算處理，使試驗者獲得更多信息。
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專家系統

專家系統是色譜學與信息技術結合的產物，由於應用色譜法進行分析要根據研究內容選擇不同的流動相、固定相、預處理方法以及其他條件，因此需要大量的實踐經驗，色譜專家系統是模擬色譜專家的思維方式為色譜使用者提供幫助的程序，專家系統的知識庫中存儲了大量色譜專家的實踐經驗，可以為使用者提供關於色譜柱系統選擇、樣品處理方式、色譜分離條件選擇、定性和定量結果解析等幫助。
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色譜新方法

色譜新方法也是色譜研究熱點之一。高效毛細管電泳法是目前研究最多的色譜新方法，這種方法沒有流動相和固定相的區分，而是依靠外加電場的驅動令帶電離子在毛細管中沿電場方向移動，由於離子的帶電狀況、質量、形態等的差異使不同離子相互分離。高效毛細管電泳法沒有HPLC方法中存在的傳質阻抗、渦流擴散等降低柱效的因素，縱向擴散也因為毛細管壁的雙電層的存在而受到抑制，因而能夠達到很高的理論塔板數，有極好的分離效果。
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參見

* 分析化學
* 高效液相色譜

取自"http://wikipedia.cnblog.org/wiki/%E8%89%B2%E8%B0%B1%E6%B3%95"

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7. 簡述離子交換色譜法

離子交換色譜法(ion exchange chromatography,IEC)
離子色譜分析法出現在20世紀70年代，80年代迅速發展起來，以無機、特別是無機陰離子混合物為主要分析對象。
離子交換色譜利用被分離組分與固定相之間發生離子交換的能力差異來實現分離。離子交換色譜的固定相一般為離子交換樹脂，樹脂分子結構中存在許多可以電離的活性中心，待分離組分中的離子會與這些活性中心發生離子交換，形成離子交換平衡，從而在流動相與固定相之間形成分配。固定相的固有離子與待分離組分中的離子之間相互爭奪固定相中的離子交換中心，並隨著流動相的運動而運動，最終實現分離。
表達式
離子交換色譜的分配系數又叫做選擇系數，其表達式為：

K_s=\frac{[RX^+]}{[X^+]}

其中[RX + ]表示與離子交換樹脂活性中心結合的離子濃度，[X + ]表示游離於流動相中的離子濃度

分離原理
離子交換色譜（ion exchange chromatography，IEC）以離子交換樹脂作為固定相，樹脂上具有固定離子基團及可交換的離子基團。當流動相帶著組分電離生成的離子通過固定相時，組分離子與樹脂上可交換的離子基團進行可逆變換。根據組分離子對樹脂親合力不同而得到分離。

陽離子交換:

陰離子交換:

式中"－－"表示在固定相上，Kxy和Kzm是交換反應的平衡常數，Z+和X-代表被分析的組分離子。M+和Y-表示樹脂上可交換的離子團。

離子交換反應的平衡常數分別為：

陽離子交換：

陰離子交換：

平衡常數K值越大，表示組分的離子與離子交換樹脂的相互作用越強。由於不同的物質在溶劑中離解後，對離子交換中心具有不同的親合力，因此具有不同的平衡常數。親合力大的，在柱中的停留時間長，具有高的保留值。

固定相
離子交換色譜常用的固定相為離子交換樹脂。目前常用的離子交換樹脂分為三種形式，一是常見的純離子交換樹脂。第二種是玻璃珠等硬芯子表面塗一層樹脂薄層構成的表面層離子交換樹脂，第三種為大孔徑網路型樹脂。它們各有特點，例如第二種樹脂有很高的柱效，但它的柱容量不大；第三種樹脂適用於非水溶液中物質的分離，因為它們的孔徑和內表面積大，不需要用水溶脹，便可滿意地使用。

典型的離子交換樹脂是由苯乙烯和二乙烯基苯交聯共聚而成：

其中，二乙烯基苯起了交聯和加牢整個構型的作用，其含量決定了樹脂交聯度大小。交聯度一般控制在4％～16％范圍內，高度交聯的樹脂較硬而且脆，也較滲透，但選擇性較好。在基體網狀結構上引入各種不同酸鹼基團作為可交換的離於基團。

按結合的基團不同，離子交換樹脂可分為陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂。陽離子交換樹脂上具有與樣品中陽離子交換的基團。陽離子交換樹脂又可分為強酸性和弱酸性樹脂。強酸性陽離子交換樹脂所帶的基團為磷酸基（一），其中和有機聚合物牢固結合形成固定部分，是可流動的能為其他陽離子所交換的離子。

陰離子交換樹脂具有與樣品中陰離子交換的基團。陰離子交換樹脂也可分為強鹼性和弱鹼性樹脂。

陰離子交換樹脂屬強鹼性，它是由有機聚合物骨架和一季胺鹼基團所組成，它帶有正電荷。而與相反的是可以移動的部分，它能被其它陰離子所交換

流動相
離子交換色譜的流動相最常使用水緩沖溶液，有時也使用有機溶劑如甲醇，或乙醇同水緩沖溶液混合使用，以提供特殊的選擇性，並改善樣品的溶解度。

離子交換色譜所用的緩沖液，通常用下列化合物配製：鈉、鉀、被的檸檬酸鹽，磷酸鹽，甲酸鹽與其相應的酸混合成酸性緩沖液或氫氧化鈉混合成鹼性緩沖液等。

8. 高效液相色譜法心得體會論文

高效液相色譜法是在經典色譜法的基礎上，引用了氣相色譜的理論，在技術上，流動相改為高壓輸送（最高輸送壓力可達4.9??107Pa）;色譜柱是以特殊的方法用小粒徑的填料填充而成，從而使柱效大大高於經典液相色譜（每米塔板數可達幾萬或幾十萬）；同時柱後連有高靈敏度的檢測器，可對流出物進行連續檢測。
特點

1．高壓：液相色譜法以液體為流動相（稱為載液），液體流經色譜柱，受到阻力較大，為了迅速地通過色譜柱，必須對載液施加高壓。一般可達150～350×105Pa。
2. 高速：流動相在柱內的流速較經典色譜快得多，一般可達1～10ml/min。高效液相色譜法所需的分析時間較之經典液相色譜法少得多，一般少於 1h 。
3. 高效：近來研究出許多新型固定相，使分離效率大大提高。
4.高靈敏度：高效液相色譜已廣泛採用高靈敏度的檢測器，進一步提高了分析的靈敏度。如熒光檢測器靈敏度可達10-11g。另外，用樣量小，一般幾個微升。
5.適應范圍寬：氣相色譜法與高效液相色譜法的比較：氣相色譜法雖具有分離能力好，靈敏度高，分析速度快，操作方便等優點，但是受技術條件的限制，沸點太高的物質或熱穩定性差的物質都難於應用氣相色譜法進行分析。而高效液相色譜法，只要求試樣能製成溶液，而不需要氣化，因此不受試樣揮發性的限制。對於高沸點、熱穩定性差、相對分子量大（大於 400 以上）的有機物（這些物質幾乎佔有機物總數的 75% ～ 80% ）原則上都可應用高效液相色譜法來進行分離、分析。 據統計，在已知化合物中，能用氣相色譜分析的約佔20%，而能用液相色譜分析的約佔70～80%。

高效液相色譜按其固定相的性質可分為高效凝膠色譜、疏水性高效液相色譜、反相高效液相色譜、高效離子交換液相色譜、高效親和液相色譜以及高效聚焦液相色譜等類型。用不同類型的高效液相色譜分離或分析各種化合物的原理基本上與相對應的普通液相層析的原理相似。其不同之處是高效液相色譜靈敏、快速、解析度高、重復性好，且須在色譜儀中進行。
高效液相色譜法的主要類型及其分離原理
根據分離機制的不同，高效液相色譜法可分為下述幾種主要類型：

1 ．液 — 液分配色譜法(Liquid-liquid Partition Chromatography)及化學鍵合相色譜(Chemically Bonded Phase Chromatography)

流動相和固定相都是液體。流動相與固定相之間應互不相溶（極性不同，避免固定液流失），有一個明顯的分界面。當試樣進入色譜柱，溶質在兩相間進行分配。達到平衡時，服從於下式：

式中，cs—溶質在固定相中濃度；cm--溶質在流動相中的濃度； Vs—固定相的體積；Vm—流動相的體積。LLPC與GPC有相似之處，即分離的順序取決於K，K大的組分保留值大；但也有不同之處，GPC中，流動相對K影響不大，LLPC流動相對K影響較大。

a. 正相液 — 液分配色譜法(Normal Phase liquid Chromatography): 流動相的極性小於固定液的極性。

b. 反相液 — 液分配色譜法(Reverse Phase liquid Chromatography): 流動相的極性大於固定液的極性。

c. 液 — 液分配色譜法的缺點：盡管流動相與固定相的極性要求完全不同，但固定液在流動相中仍有微量溶解；流動相通過色譜柱時的機械沖擊力，會造成固定液流失。上世紀70年代末發展的化學鍵合固定相（見後），可克服上述缺點。現在應用很廣泛（70~80%）。

2 ．液 — 固色譜法

流動相為液體，固定相為吸附劑（如硅膠、氧化鋁等）。這是根據物質吸附作用的不同來進行分離的。其作用機制是：當試樣進入色譜柱時，溶質分子 (X) 和溶劑分子(S)對吸附劑表面活性中心發生競爭吸附（未進樣時，所有的吸附劑活性中心吸附的是S），可表示如下：

Xm + nSa ====== Xa + nSm

式中：Xm--流動相中的溶質分子；Sa--固定相中的溶劑分子；Xa--固定相中的溶質分子；Sm--流動相中的溶劑分子。

當吸附競爭反應達平衡時：

K=[Xa][Sm]/[Xm][Sa]

式中：K為吸附平衡常數。[討論：K越大，保留值越大。]

3 ．離子交換色譜法(Ion-exchange Chromatography)

IEC是以離子交換劑作為固定相。IEC是基於離子交換樹脂上可電離的離子與流動相中具有相同電荷的溶質離子進行可逆交換，依據這些離子以交換劑具有不同的親和力而將它們分離。

以陰離子交換劑為例，其交換過程可表示如下：

X-(溶劑中) + (樹脂-R4N+Cl-)=== (樹脂-R4N+ X-) + Cl- (溶劑中)

當交換達平衡時：

KX=[-R4N+ X-][ Cl-]/[-R4N+Cl-][ X-]

分配系數為：

DX=[-R4N+ X-]/[X-]= KX [-R4N+Cl-]/[Cl-]

[討論：DX與保留值的關系]

凡是在溶劑中能夠電離的物質通常都可以用離子交換色譜法來進行分離。

4 ．離子對色譜法(Ion Pair Chromatography)

離子對色譜法是將一種 ( 或多種 ) 與溶質分子電荷相反的離子 ( 稱為對離子或反離子 ) 加到流動相或固定相中，使其與溶質離子結合形成疏水型離子對化合物，從而控制溶質離子的保留行為。其原理可用下式表示：

X+水相 + Y-水相 === X+Y-有機相

式中：X+水相--流動相中待分離的有機離子（也可是陽離子）；Y-水相--流動相中帶相反電荷的離子對（如氫氧化四丁基銨、氫氧化十六烷基三甲銨等）；X+Y---形成的離子對化合物。

當達平衡時：

KXY = [X+Y-]有機相/[ X+]水相[Y-]水相

根據定義，分配系數為：

DX= [X+Y-]有機相/[ X+]水相= KXY [Y-]水相

[討論：DX與保留值的關系]

離子對色譜法(特別是反相)發解決了以往難以分離的混合物的分離問題，諸如酸、鹼和離子、非離子混合物，特別是一些生化試樣如核酸、核苷、生物鹼以及葯物等分離。

5 ．離子色譜法(Ion Chromatography)

用離子交換樹脂為固定相，電解質溶液為流動相。以電導檢測器為通用檢測器，為消除流動相中強電解質背景離子對電導檢測器的干擾，設置了抑制柱。試樣組分在分離柱和抑制柱上的反應原理與離子交換色譜法相同。

以陰離子交換樹脂（R-OH）作固定相，分離陰離子（如Br-）為例。當待測陰離子Br-隨流動相（NaOH）進入色譜柱時，發生如下交換反應（洗脫反應為交換反應的逆過程）：

抑制柱上發生的反應：

R-H+ + Na+OH- === R-Na+ + H2O

R-H+ + Na+Br- === R-Na+ + H+Br-

可見，通過抑制柱將洗脫液轉變成了電導值很小的水，消除了本底電導的影響；試樣陰離子Br-則被轉化成了相應的酸H+Br-，可用電導法靈敏的檢測。

離子色譜法是溶液中陰離子分析的最佳方法。也可用於陽離子分析。
6 ．空間排阻色譜法(Steric Exclusion Chromatography)

空間排阻色譜法以凝膠 (gel) 為固定相。它類似於分子篩的作用，但凝膠的孔徑比分子篩要大得多，一般為數納米到數百納米。溶質在兩相之間不是靠其相互作用力的不同來進行分離，而是按分子大小進行分離。分離只與凝膠的孔徑分布和溶質的流動力學體積或分子大小有關。試樣進入色譜柱後，隨流動相在凝膠外部間隙以及孔穴旁流過。在試樣中一些太大的分子不能進入膠孔而受到排阻，因此就直接通過柱子，首先在色譜圖上出現，一些很小的分子可以進入所有膠孔並滲透到顆粒中，這些組分在柱上的保留值最大，在色譜圖上最後出現。

氣相色譜法（gas chromatography 簡稱GC）是色譜法的一種。色譜法中有兩個相，一個相是流動相，另一個相是固定相。如果用液體作流動相，就叫液相色譜，用氣體作流動相，就叫氣相色譜。
氣相色譜法由於所用的固定相不同，可以分為兩種，用固體吸附劑作固定相的叫氣固色譜，用塗有固定液的擔體作固定相的叫氣液色譜。
按色譜分離原理來分，氣相色譜法亦可分為吸附色譜和分配色譜兩類，在氣固色譜中，固定相為吸附劑，氣固色譜屬於吸附色譜，氣液色譜屬於分配色譜。
按色譜操作形式來分，氣相色譜屬於柱色譜，根據所使用的色譜柱粗細不同，可分為一般填充柱和毛細管柱兩類。一般填充柱是將固定相裝在一根玻璃或金屬的管中，管內徑為2～6mm。毛細管柱則又可分為空心毛細管柱和填充毛細管柱兩種。空心毛細管柱是將固定液直接塗在內徑只有0.1～0.5mm的玻璃或金屬毛細管的內壁上，填充毛細管柱是近幾年才發展起來的，它是將某些多孔性固體顆粒裝入厚壁玻管中，然後加熱拉製成毛細管，一般內徑為0.25～0.5mm。

9. 離子交換色譜法的原理，裝置及應用

原理：
離子交換色譜（ion exchange chromatography，IEC）以離子交換樹脂作為固定相，樹脂上具有固定離子基團及可交換的離子基團。當流動相帶著組分電離生成的離子通過固定相時，組分離子與樹脂上可交換的離子基團進行可逆變換。根據組分離子對樹脂親合力不同而得到分離。

裝置：
（1）分離柱 裝有離子交換樹脂，如陽離子交換樹脂、陰離子交換樹脂或螯合離子交換樹脂。為了減小擴散阻力，提高色譜分離效率，要使用均勻粒度的小球形樹脂。最常用的陽離子交換樹脂是在有機聚合物分子（如苯乙烯－二乙烯基苯共聚物）上連接磺酸基官能團（─SO3─）。最常用的陰離子交換劑是在有機聚合物分子上連接季銨官能團(─NH4)。這些都是常規高交換容量的離子交換樹脂，由於它們的傳質速度低，使柱效和分離速度都低。C.霍瓦特描述了一種薄膜陰離子交換樹脂，它是在苯乙烯－二乙烯基苯共聚物核心上沉澱一薄層陰離子交換樹脂，就象雞蛋有一薄層外皮那樣，離子交換反應只在外皮上進行,因此縮短了擴散的路徑,所以離子交換速度高，傳質快，提高了柱效。同樣，在小顆粒多孔硅膠上塗一薄層離子交換材料也可得到相同類型的樹脂。螯合離子交換樹脂具有絡合某些金屬離子而同時排斥另一些金屬離子的能力，因此這種樹脂具有很高的選擇性。除了離子交換柱外，其他高效液相色譜柱也可用於分離離子。
（2）抑制柱和柱後衍生作用 常用的檢測器不僅能檢測樣品離子，而且也對移動相中的離子有響應，所以必須消除移動相離子的干擾。在離子色譜中，消除(抑制)移動相離子干擾的常用方法有兩種。
①抑制反應，用抑制反應來改變移動相，使移動相離子不被檢測器測出。離子色譜通常使用電導檢測器。在抑制反應中??綞匝衾胱佣?裕?把高電導率移動相的氫氧化物轉變成水,而樣品離子則轉變成它們相應的酸：
NaOH+H+─→Na++H2O
NaX+H+─→HX+Na+
在裝有強酸性陽離子交換樹脂的柱中進行抑制反應，使用一段時間後，這種樹脂就需要再生，很不方便。改用連接有磺酸基(─SO3H)的離子交換膜(陽離子交換膜)或用連接有銨基(─NH4)的離子交換膜(陰離子交換膜)，就可以連續進行抑制反應。例如，陽離子交換膜可使陽離子通過它擴散過去，而陰離子則不能擴散過去。
1981年，T.S.史蒂文斯和斯莫爾等報道了中空纖維抑製法。這種纖維是由陽離子交換膜材料拉制而成。用這種方法不僅不需要再生抑制柱而且減小了峰的加寬，提高了柱效。一種比較新的膜技術是加一電場以加速離子的傳遞，該法與中空纖維法比較，其優點是反應時間短、交換能力高，並且可以用於陽離子和陰離子兩者。
②柱後衍生作用，將從柱子流出的洗出液與對被測物有特效作用的試劑相混合，在一反應器中生成帶色的絡合物（見配位化合物）。對衍生試劑最重要的要求是它們與被測物能生成絡合物，但不與移動相生成絡合物。柱後衍生法能用於測定重金屬離子，所用的衍生試劑有茜素紅S等。
（3）檢測器 分為通用型和專用型。通用型檢測器對存在於檢測池中的所有離子都有響應。離子色譜中最常用的電導檢測器就是通用型的一種。紫外－可見分光光度計是專用型的檢測器，對離子具有選擇性響應。可變波長紫外檢測器與電導檢測器聯用,能幫助鑒定未知峰,分辨重疊峰和提供電導檢測器不能測定的陰離子，如硫化物及亞砷酸中的陰離子的檢測。
在離子色譜中，電導檢測法總是和抑制反應配合使用。這種檢測器對分子不響應，如水、乙醇或者不離解的弱酸分子等。對於電導檢測器，一個重要的條件是溫度要穩定，所以檢測池要放在恆溫箱中，1982年H.薩托設計一種雙示差電導檢測器，消除了溫度變化對檢測的影響，可測定10-9摩爾的陰離子。

應用：
離子色譜主要用於測定各種離子的含量，特別適於測定水溶液中低濃度的陰離子，例如飲用水水質分析，高純水的離子分析，礦泉水、雨水、各種廢水和電廠水的分析，紙漿和漂白液的分析，食品分析，生物體液(尿和血等)中的離子測定，以及鋼鐵工業、環境保護等方面的應用。離子色譜能測定下列類型的離子：有機陰離子、鹼金屬、鹼土金屬、重金屬、稀土離子和有機酸,以及胺和銨鹽等。

10. 離子交換纖維素色譜法的基本理論

離子交換劑通常是來一源種不溶性高分子化合物，如樹脂，纖維素，葡聚糖，醇脂糖等，它的分子中含有可解離的基團，這些基因在水溶液中能與溶液中的其它陽離子或陰離子起交換作用。雖然交換反應都是平衡反應，但在層析柱上進行時，由於連續添加新的交換溶液，平衡不斷按正方向進行，直至完全。
因此可以把離子交換劑上的原子離子全部洗脫下來，同理，當一定量的溶液通過交換柱時，由於溶液中的離子不斷被交換而波度逐減少，因此也可以全部被交換並吸附在樹脂上。如果有兩種以上的成分被交換吸著在離子交換劑上，用洗脫液洗脫時，在被洗脫的能力則決定於各自洗反應的平衡常數。蛋白質的離子交換過程有兩個階段──吸附和解吸附。吸
附在離子交換劑上的蛋白質可以通過改變pH使吸附的蛋白質失去電荷而達到解離但更多的是通過增加離子強度，使加入的離子與蛋白質競爭離子交換劑上的電荷位置，使吸附的蛋白質與離子交換劑解開。不同蛋白質與離子交換劑之間形成電鍵數目不同，即親和力大小有差異，因此只要選擇適當的洗脫條件便可將混合物中的組分逐個洗脫下來，達到分離純化的目的。